См. также - Компьютерная программа, ее особенности и способы описания

Это окончание невероятной информации про компьютерная программа.

...

планирование процессов и управление периферийными устройствами .

В 1950-е годы программист, который одновременно был и оператором, писал программу и запускал ее. После завершения выполнения программы выходные данные могли быть распечатаны или записаны на бумажную ленту или карты для последующей обработки. Чаще всего программа не работала. Затем программист посмотрел на индикаторы консоли и повозился с переключателями консоли. Если повезло меньше, была сделана распечатка памяти для дальнейшего изучения. В 1960-е годы программисты сократили количество потраченного времени за счет автоматизации работы оператора. Программа, называемая операционной системой, всегда хранилась в компьютере.

Термин «операционная система» может относиться к двум уровням программного обеспечения.Операционная система может относиться к программе ядра , которая управляет процессами , памятью и устройствами . В более широком смысле, операционная система может относиться ко всему пакету центрального программного обеспечения. В пакет входит программа ядра, интерпретатор командной строки , графический интерфейс пользователя , служебные программы и редактор .

Программа ядра [ править ]

Ядро соединяет прикладное программное обеспечение с аппаратным обеспечением компьютера.

Основная цель ядра — управлять ограниченными ресурсами компьютера:

• Программа ядра должна выполнять планирование процессов . Ядро создает блок управления процессом , когда программа выбирается для выполнения. Однако исполняемая программа получает монопольный доступ к центральному процессору только на определенный интервал времени . Чтобы обеспечить каждому пользователю видимость непрерывного доступа , ядро ​​быстро вытесняет каждый блок управления процессом для выполнения другого. Целью разработчиков системы является минимизация задержки отправки .

Физическая память разбросана по оперативной памяти и жесткому диску. Виртуальная память представляет собой один непрерывный блок.

• Программа ядра должна выполнять управление памятью .

• Когда ядро ​​первоначально загружает исполняемый файл в память, оно логически разделяет адресное пространство на регионы . Ядро поддерживает таблицу главных регионов и множество таблиц областей каждого процесса (предрегионов) — по одной для каждого запущенного процесса . Эти таблицы составляют виртуальное адресное пространство . Таблица master-region используется для определения расположения ее содержимого в физической памяти . Таблицы прегионов позволяют каждому процессу иметь свою собственную прегион программы (текста), прегион данных и прегион стека.
• Программа pregion хранит машинные инструкции. Поскольку машинные инструкции не меняются, область программы может использоваться многими процессами одного и того же исполняемого файла
• Для экономии времени и памяти ядро ​​может загружать с диска только блоки инструкций выполнения, а не весь исполняемый файл целиком.
• Ядро отвечает за преобразование виртуальных адресов в физические адреса . Ядро может запросить данные у контроллера памяти и вместо этого получить ошибку страницы . Если это так, ядро ​​обращается к блоку управления памятью для заполнения физической области данных и преобразования адреса.
• Ядро выделяет память из кучи по запросу процесса. Когда процесс завершает работу с памятью, процесс может запросить ее освобождение . Если процесс завершается, не запрашивая освобождение всей выделенной памяти, ядро ​​выполняет сбор мусора , чтобы освободить память.
• Ядро также гарантирует, что процесс обращается только к своей памяти, а не к памяти ядра или других процессов.

• Программа ядра должна выполнять управление файловой системой . Ядро имеет инструкции для создания, получения, обновления и удаления файлов.
• Программа ядра должна выполнять управление устройствами . Ядро предоставляет программы для стандартизации и упрощения интерфейса мыши, клавиатуры, дисководов, принтеров и других устройств. Более того, ядро ​​должно разрешать доступ к устройству, если два процесса запрашивают его одновременно.
• Программа ядра должна выполнять управление сетью . Ядро передает и принимает пакеты от имени процессов. Одной из ключевых услуг является поиск эффективного маршрута к целевой системе.
• Программа ядра должна предоставлять программистам функции системного уровня .
  • Программисты получают доступ к файлам через относительно простой интерфейс, который, в свою очередь, выполняет относительно сложный низкоуровневый интерфейс ввода-вывода. Интерфейс низкого уровня включает в себя создание файлов, файловые дескрипторы , поиск файлов, физическое чтение и физическую запись.
  • Программисты создают процессы с помощью относительно простого интерфейса, который, в свою очередь, выполняет относительно сложный низкоуровневый интерфейс.
  • Программисты выполняют арифметические операции с датой и временем через относительно простой интерфейс, который, в свою очередь, выполняет относительно сложный низкоуровневый интерфейс времени.
• Программа ядра должна обеспечивать канал связи между выполняющимися процессами. Для большой программной системы может быть желательно спроектировать систему на более мелкие процессы. Процессы могут взаимодействовать друг с другом, отправляя и получая сигналы .

Первоначально операционные системы программировались на ассемблере ; однако современные операционные системы обычно пишутся на языках более высокого уровня, таких как C , Objective-C и Swift .

Утилита

Утилита предназначена для помощи в администрировании системы и выполнении программного обеспечения . Операционные системы запускают служебные программы для оборудования, проверяющие состояние дисков, памяти, динамиков и принтеров. Утилита может оптимизировать размещение файла на переполненном диске. Системные утилиты контролируют производительность оборудования и сети. Когда показатель выходит за пределы допустимого диапазона, генерируется триггерное оповещение.

Вспомогательные программы включают программы сжатия, поэтому файлы данных хранятся на меньшем дисковом пространстве. Сжатые программы также экономят время при передаче файлов данных по сети. Вспомогательные программы могут сортировать и объединять наборы данных. Служебные программы обнаруживают компьютерные вирусы .

Программа микрокода

НЕ ворота

И-НЕ-ворота

НО-ворота

И ворота

ИЛИ ворота

Программа микрокода — это интерпретатор нижнего уровня, который контролирует путь данных программно-управляемых компьютеров. (Достижения в области аппаратного обеспечения перенесли эти операции в схемы аппаратного исполнения .) Инструкции микрокода позволяют программисту легче реализовать цифровой логический уровень — реальное аппаратное обеспечение компьютера. Уровень цифровой логики является границей между информатикой и компьютерной инженерией .

Логический вентиль — это крошечный транзистор , который может возвращать один из двух сигналов: включенный или выключенный.

• Наличие одного транзистора образует вентиль НЕ .
• Последовательное соединение двух транзисторов образует вентиль И-НЕ .
• Параллельное соединение двух транзисторов образует вентиль ИЛИ-НЕ .
• Соединение вентиля НЕ с вентилем И-НЕ образует вентиль И.
• Соединение вентиля НЕ с вентилем ИЛИ образует вентиль ИЛИ .

Эти пять ворот образуют строительные блоки бинарной алгебры — цифровых логических функций компьютера.

Инструкции микрокода — это мнемоника , которую программисты могут использовать для выполнения цифровых логических функций вместо их формирования в двоичной алгебре. Они хранятся в хранилище управления центрального процессора (ЦП) . Эти инструкции аппаратного уровня перемещают данные по всему пути передачи данных .

Цикл микрокоманд начинается, когда микросеквенсор использует свой счетчик микропрограмм для выборки следующей машинной инструкции из оперативной памяти . Следующим шагом является декодирование машинной команды путем выбора соответствующей выходной линии аппаратного модуля. ^[147] Последним шагом является выполнение команды с использованием набора вентилей аппаратного модуля.

Символическое представление ALU

Инструкции по выполнению арифметических действий передаются через арифметико-логическое устройство (АЛУ). ^[148] АЛУ имеет схемы для выполнения элементарных операций сложения, сдвига и сравнения целых чисел. Комбинируя и пропуская элементарные операции через АЛУ, ЦП выполняет сложную арифметику.

Инструкции микрокода перемещают данные между ЦП и контроллером памяти . Инструкции микрокода контроллера памяти управляют двумя регистрами . Регистр адреса памяти используется для доступа к адресу каждой ячейки памяти. Регистр данных памяти используется для установки и чтения содержимого каждой ячейки. ^[149]

Инструкции микрокода перемещают данные между ЦП и множеством компьютерных шин . Шина контроллера диска осуществляет запись и чтение с жестких дисков . Данные также передаются между ЦП и другими функциональными блоками через экспресс-шину взаимодействия периферийных компонентов. ^[150]

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• uml диаграммы ,
• классификация языков программирования ,
• схемы алгоритмов , схемы программ ,
• архитектура программного обеспечения ,
• разработка программного обеспечения ,
• виды методологий , разработка программного обеспечения ,

Продолжение:

Часть 1 Компьютерная программа, ее особенности и способы описания
Часть 2 Программная инженерия и компьютерное программирование - Компьютерная программа, ее особенности
Часть 3 Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря! - Компьютерная программа, ее особенности и способы описания